CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ
4.3 Kết quả mô phỏng
4.3.1 Các dầm được tăng cường sức kháng uốn
Để kiểm chứng các mô hình phần tử hữu hạn, kết quả phân tích mô phỏng lần lượt được so sánh với kết quả thí nghiệm. Kết quả phân tích mô phỏng của 3 dầm PTHH (BF0 – FEM, BF1 – FEM, BF2 – FEM) được vẽ trên biểu đồ Hình 4.7-a, và được so sánh với kết quả thí nghiệm trong Hình 4.7-b,c,d. Các kết quả thí nghiệm và kết quả phân tích mô phỏng đều được vẽ cùng trên một đồ thị quan hệ giữa chuyển vị - tải trọng để so sánh.
Hình 4.7 So sánh lực – độ võng của của các dầm mô phỏng với kêt quả thí nghiệm Hình 4.7 cho thấy sự tương đồng giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm của cả dầm BTCT và dầm tăng cường. Sự so sánh kết quả của các dầm thí nghiệm và mô phỏng được tóm tắt ở Bảng 4.3. Có thể thấy, ở các thời điểm bê tông bị nứt, cốt thép chảy và thời điểm phá hoại, giá trị tải trọng giữa mô phỏng và thực nghiệm gần như bằng nhau, chuyển vị của các đường cong thực nghiệm và mô phỏng cũng khá phù hợp với nhau. Sai số của giá
115
trị khả năng chịu lực giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng chỉ xấp xỉ từ 1% đến 9%. Sự khác biệt giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm là đường cong lực – chuyển vị của các dầm mô phỏng không thể hiện được các điểm suy giảm đột ngột, liên tục của lực tác dụng, do chưa xét đến ảnh hưởng của việc các vết nứt xuất hiện và mở rộng tới sức kháng của dầm. Đối với mô hình dầm tăng cường BF1 – FEM và BF2 – FEM, sau khi đạt đến giá trị lớn nhất, lực tác dụng giảm đột ngột do các bó sợi chịu lực bị kéo đứt đồng thời. Ngược lại, trong các thí nghiệm dầm tăng cường, sự phân bố tải trọng giữa các bó sợi không đồng nhất, dẫn đến các sợi chịu lực khác nhau. Khi phá hoại, các bó sợi trong thí nghiệm lần lượt bị kéo đứt, thể hiện ở sự sụt giảm liên tục của tải trọng tác dụng.
Bảng 4.3 So sánh kết quả của các dầm thí nghiệm và mô phỏng Dầm Lực khi thép chảy Py (kN) Lực lớn nhất Pu (kN)
TN FEM TN/FEM TN FEM TN/FEM
BF0_1 59,28
58,34 1,02 71,84
69,87 1,03
BF0_2 57,09 0,98 72,68 1,04
BF1_1 65,18
64,33 1,01 88,64
83,47 1,06
BF1_2 66,55 1,03 90,29 1,08
BF2_1 67,83
70,15 0,97 104,69
92,83 1,13
BF2_2 70,25 1,00 101,12 1,09
Hình 4.8 Phân bố ứng suất Von-Mises trong bê tông, cốt thép và cốt lưới dệt của dầm BF1 – FEM Biểu đồ phân bố ứng suất Von-Mises trong bê tông và cốt lưới dệt ở mức tải trọng cực hạn Pu = 83,47 kN, tương ứng với chuyển vị Du = 30,1 mm được thể hiện ở Hình 4.8a. Tại
116
thời điểm này, ứng suất trong lưới sợi đạt đến cường độ chịu kéo đứt, còn ứng suất trong bê tông ở mép trên đạt đến 50,9 Mpa ở khu vực chịu nén cục bộ (tại vị trí đặt tải trọng).
Đồng thời, ứng suất bê tông ở mép trên khu vực giữa nhịp đã vượt quá cường độ chịu nén.
Cốt thép ở vùng kéo đang ở giai đoạn tái bền. Sau thời điểm này, chuyển vị tăng còn lực tác dụng giảm đột ngột. Biểu đồ phân bố ứng suất Von-Mises trong cốt lưới dệt lúc chuyển vị D = 31,2 mm, tương ứng với mức tải trọng P = 77,86 kN cho thấy, ứng suất của cốt lưới dệt tại một số vị trí của bó sợi dọc chịu lực ở khu vực chịu uốn thuần túy đã giảm xuống xấp xỉ 0 Mpa, thể hiện sự phá hoại kéo đứt của bó sợi chịu lực. Điều này chứng tỏ, mô hình bị phá hoại do lưới sợi bị kéo đứt, tương đồng với kết quả thí nghiệm.
4.3.2 Các dầm được tăng cường sức kháng cắt
Hình 4.9 So sánh lực – chuyển vị của của các dầm mô phỏng với kêt quả thí nghiệm Kết quả phân tích mô phỏng của 3 dầm PTHH (BS0 – FEM, BS1 – FEM, BS2 – FEM) được vẽ trên biểu đồ Hình 4.9-a, và được so sánh với kết quả thí nghiệm trong Hình 4.9- b,c,d. Các kết quả thí nghiệm và kết quả phân tích mô phỏng đều được vẽ cùng trên một
117
đồ thị quan hệ giữa chuyển vị - tải trọng để so sánh. Kết quả lực lớn nhất của các dầm thí nghiệm và mô phỏng được so sánh ở Bảng 4.4.
Hình 4.9 cho thấy sự tương đồng giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm của cả dầm BTCT và dầm tăng cường. Có thể thấy, ở thời điểm phá hoại, giá trị tải trọng giữa mô phỏng và thực nghiệm gần bằng nhau, chuyển vị của các đường cong thực nghiệm và mô phỏng cũng khá phù hợp với nhau. Sai số về giá trị khả năng chịu lực giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng chỉ xấp xỉ từ 1% đến 7%. Điểm khác biệt là độ cứng của các dầm mô phỏng sau khi bê tông nứt lớn hơn so với các dầm thí nghiệm tương ứng. Đồng thời, mô hình ứng xử dính bám tuyệt đối giữa lưới sợi dệt và bê tông hạt mịn chưa phản ánh chính xác sự làm việc thực tế của lưới sợi ở trong kết cấu tăng cường. Một số bó sợi không đủ chiều dài neo tại vị trí vết nứt cắt vẫn có khả năng chịu được đầy đủ lực kéo mà không bị tuột.
Bảng 4.4 So sánh kết quả của các dầm thí nghiệm và mô phỏng tăng cường sức kháng cắt
Dầm Lực lớn nhất Pu (kN)
TN FEM TN/FEM
BS0_1 242,72
236,87 1,02
BS0_2 247,98 1,05
BS1_1 300,37
308,49 0,97
BS1_2 304,95 0,99
BS2_1 362,97
337,86 1,07
BS2_2 352,35 1,04